(57)【要約】【課題】  液室や液室に記録液を供給する供給路をシリコン、金属部材、樹脂部材で形成した場合、高密度、高剛性及び長尺化を図ることが難しい。【解決手段】  流路形成部材１は、液室６の主要部分を形成する第１部材１Ａと、液体供給路７の主要部分を形成する第２部材１Ｂとで構成し、第１部材１ＡはＮｉを含む材料で形成し、第２部材１Ｂはドライフィルムレジストで形成することで、第１部材１Ａは高剛性の液室６を高密度に形成するとともに長尺化を容易にし、第２部材１Ｂは液体供給路を高精度に形成するとともに振動吸収部材として作用させてクロストークを低減する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録液の液滴を吐出するノズルが連通する複数の液室と、各液室に対して流体抵抗部となる液体供給を介して記録液を供給する共通液室とを有する液体吐出ヘッドにおいて、前記複数の液室を形成する主要部材となる第１部材と、前記液体供給路の主要部材となる第２部材とで流路形成部材が構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１部材の弾性率は第２部材の弾性率以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１部材の熱膨張率はこの液体吐出ヘッドを固定するベース基材の熱膨張係数とほぼ同じであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１部材は少なくともＮｉを含む材料で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第２部材は樹脂材料で形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記樹脂材料は感光性樹脂材料であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記感光性樹脂材料はＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項８】
記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに供給する記録液を収容した記録液タンクとを一体化した記録液カートリッジにおいて、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする記録液カートリッジ。
【請求項９】
記録液の液滴を吐出して画像を形成する液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド又は請求項８に記載の記録液カートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
記録液の液滴を吐出して画像を形成するライン型液体吐出ヘッドを備えたライン型画像形成装置において、請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドを記録ヘッドに用いて、記録紙等の被記録媒体（以下「用紙」と称するが、材質を紙に限定するものではなく、記録媒体、転写紙、転写材、被記録材などとも称される。）に記録液としてのインク滴を吐出して記録（画像形成、印写、印字、印刷なども同義語である。記録は、文字、図形などの意味のある画像に限らず、パターンなどの意味のない画像を形成する場合を含む。）を行なうものである。また、液体吐出ヘッドは、電子デバイス・電気配線部品などの配線形成装置やレジストパターニング装置などにも用いられる。
【０００３】
ところで、液体吐出ヘッドを使用した画像形成装置において、高画質化、高速記録化を図るためには、ヘッドの高密度化、長尺化の両方が求められている。これらを達成するには、高密度化に対しては各液室間の隔壁の幅が狭くなることによるクロストーク問題、長尺化においては高精度の加工が容易でかつ剛性を持つ材料の選定といったことが要求される。
【０００４】
従来、液体吐出ヘッドにおいて、高い剛性を示す液室などの流路を形成する流路形成部材としては、特許文献１、２に記載されているように、シリコンウエハから形成したシリコン基板を使用するものがある。
【特許文献１】特開平５−０５０６０１号公報
【特許文献２】特開２００４−９８３１０号公報
【０００５】
また、特許文献３に記載されているように、金属部材で流路形成部材を形成したものがある。ここでは、隔壁の部分をＮｉ等のメッキ材で形成する方法としてダイアフラムとなるＣｕシートに電鋳法で隔壁を形成するとしている。金属材料を用いた場合、薄くすることが可能なため、加工もしやすく、また、安価であるといった利点がある。
【特許文献３】特開平９−３００６３４号公報
【０００６】
さらに、特許文献４に記載されているように、ポリイミド樹脂を使用するものもある。樹脂部材で流路形成部材を形成する場合には長尺化や加工精度の向上という面で優れている。
【特許文献４】特開２０００−６２１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１、２に記載されているようにシリコン基板で流路形成部材を形成する場合、シリコンは半導体プロセスを用いることができ、さらにはエッチングレートの結晶面依存性が強いため、高い加工精度が得られるという利点があり、弾性率も約１７０×１０６Ｐａと高く、加工精度や剛性の面からは優れている。しかしながら、シリコンは比較的脆い材料であるため、基板サイズが大きくなれば、厚さも厚くせざるを得ない。そのため、基板サイズが大きくなれば、基板厚さが厚くなり、基板の表面側と裏側とを貫通する液室加工に要する加工時間がかかり、製造コストが高くなる。また、シリコンウエハから切り出して使用することから大きさの制約があり長尺化には限界がある。さらに、シリコンウエハは円形をしているため、矩形のチップを切り出した際、破棄する部分が発生する。長尺化した場合はその破棄する部分の割合が増え環境負荷が増える。
【０００８】
また、参考文献３に記載されているようにＮｉなどの金属材料で流路形成部材を形成した場合、シリコンに較べて薄くすることが可能で、加工もしやすく、また、安価であるといった利点がある。しかしながら、電鋳法を用いて形成する場合、ダイアフラムとなるＣｕシートは非常に薄く、２〜５μｍ程しかなく、そのシート上にＤＦＲ（感光性樹脂）をコートし、パターニングすることは、ハンドリングの難しさから生産性に乏しいという課題が生じている。
【０００９】
さらに、特許文献４に記載されているようにポリイミド樹脂で流路形成部材を形成した場合、長尺化や加工精度の面で優れているものの、弾性率（ヤング率）は約１〜５×１０６Ｐａとシリコンの弾性率約１７０×１０６Ｐａの1/10以下で液室剛性などの問題があり実用化が難しいという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度、高剛性、長尺化を図れる液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える記録液カートリッジ、画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、複数の液室を形成する主要部材となる第１部材と、液体供給路の主要部材となる第２部材とで流路形成部材を構成したものである。
【００１２】
ここで、第１部材の弾性率は第２部材の弾性率以上であることが好ましい。また、第１部材の熱膨張率は液体吐出ヘッドを固定するベース基材の熱膨張係数とほぼ同じであることが好ましい。さらに、第１部材は少なくともＮｉを含む材料で形成されていることが好ましい。さらにまた、第２部材は樹脂材料で形成されていることが好ましく、樹脂材料としては感光性樹脂材料、例えばＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る記録液カートリッジは、本発明に係る液体吐出ヘッドとこの液体吐出ヘッドに記録液を供給する記録液タンクを一体化したものである。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッド又は記録液カートリッジを備え、或いは、ライン型の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、複数の液室を形成する主要部材となる第１部材と、液体供給路の主要部材となる第２部材とで流路形成部材を構成したので、第１、第２部材を選択することによって高密度、高剛性、長尺化に対応することができる。
【００１６】
本発明に係る記録液カートリッジによれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高密度、高剛性、長尺化に対応することができる記録液カートリッジが得られる。
【００１７】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッド又は記録液カートリッジを備えているので、高画質化、高速記録化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図、図３は同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図、図４は同ヘッドの要部平面説明図である。
【００１９】
この液体吐出ヘッドは、ＳＵＳ３０４基板で形成した第１部材１Ａと、感光性樹脂（ＤＦＲ：ドライフィルムレジスト）で形成した第２部材１Ｂとで構成した流路形成部材１と、この流路形成部材１の下面に接合した振動板２と、流路形成部材１の上面に接合したノズル板３とを有している。これらによって液滴であるインク滴を吐出するノズル４がノズル連通路（連通管）５を介して連通するインク流路である加圧液室（液室）６、加圧液室６にインクを供給するための液供給室である共通液室８にインク供給口９及び連通室１０を介して連通する加圧液室６に比して小さな断面を持つ流体抵抗部となる液体供給路であるインク供給路７を形成している。
【００２０】
ここで、流路形成部材１を構成する第１部材１Ａで液室６の主要部分を形成し、第２部材１Ｂで液体供給路（インク供給路）７の主要部分を形成している。つまり、第１部材１Ａには、液室６を形成するための溝１Ａａ、ノズル連通路５を形成するための貫通穴１Ａｂ、液室６と液体供給路７と連通するための貫通穴１Ａｃ、液体供給路７と連通室１０とを連通する貫通穴１Ａｄを形成し、第２部材１Ｂには液体供給路７を形成するための貫通溝１Ｂａ、ノズル連通路５を形成するための貫通穴１Ｂｂを形成している。
【００２１】
そして、振動板２の外面側（液室と反対面側）に各加圧液室６に対応して加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２を接合し、この圧電素子１２をベース基板１３に接合している。
【００２２】
ベース基板１３はＮｉ、Ａｌ、Ｆｅなどの金属基板、ＳＵＳ、４２アロイなどのＦｅ、Ｎｉを含有する合金基板、チタン酸バリウム、アルミナ、フォルステライトなどの絶縁性基板を用いている。特に、流路形成部材１を構成する第１部１Ａの材料の熱膨張係数とほぼ等しい熱膨張係数をもつ材料とすることで、熱膨張による積層基板の剥離を抑制でき、より長尺化には効果が大きい。したがって、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４、４２アロイなどのＮｉを含有する基板は第１部材１Ａと同一材料とすることができて、より有効である。ここでは、ベース基板１３としてＳＵＳ３０４を用いている。
【００２３】
圧電素子１２の間には加圧液室６間の隔壁部１ａに対応して支柱部１４を設けている。ここでは、圧電素子部材にハーフカットのダイシングによるスリット加工を施すことで櫛歯状に分割して、１つ毎に圧電素子１２と支柱部１４して形成している。支柱部１４も構成は圧電素子１２と同じであるが、駆動電圧を印加しないので単なる支柱となる。
【００２４】
さらに、振動板１２の外周部はフレーム部材１６にギャップ材を含む接着剤にて接合している。このフレーム部材１６には、共通液室８となる凹部、この共通液室８に外部からインクを供給するための図示しないインク供給穴を形成している。このフレーム部材１６は、例えばエポキシ系樹脂或いはポリフェニレンサルファイトで射出成形により形成している。
【００２５】
ここで、流路形成部材１の第１部材１Ａの弾性率（ヤング率）は第２部材２Ａの弾性率（ヤング率）と比較して、同等、若しくはより高いことが好ましい。
【００２６】
つまり、第１部材１Ａの弾性率が第２部材１Ｂの弾性率と比較して低い場合、加圧液室６内の記録液であるインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２から伝わる振動が、第１部材１Ａと較べて高い弾性率の第２部材１Ｂで吸収されず、隣接するノズル板３へのクロストークが発生し液体吐出が不安定になったり、非駆動時にインクが吐出したりしまうことになる。
【００２７】
これに対し、流路形成部材１の第１部材１Ａの弾性率（ヤング率）が第２部材１Ｂの弾性率（ヤング率）と比較して、同等、若しくはより高い構成とすることによって、第２部材１Ｂで振動を吸収し、液滴であるインク滴を吐出するノズル４を構成するノズル板３に振動を伝えることなく液滴を吐出できるようになり、隣接する吐出口へのクロストークや液体吐出不安定性を排除できるようになり、より高密度化に対応することができる。
【００２８】
具体的には、流路形成部材１の第１部材１Ａとして２００μｍ厚さのＳＵＳ３０４基板を用いて、塩化第二鉄溶液を用いてエッチングすることで液室６を形成した。ＳＵＳ３０４の弾性率（ヤング率）は約１９０×１０６Ｐａである。より高速化の要求からヘッドの長尺化を図った場合、約１７０×１０６Ｐａと十分な弾性率（ヤング率）を有するシリコンは比較的脆い材料であるため、基板サイズが大きくなれば、その厚さも厚くせざるを得ないが、基板サイズが大きくなれば、基板厚さが厚くなり、液室加工に要する加工時間がかかり、コストが高くなる。また、シリコンウエハから切り出して使用することから大きさの制約があり長尺化には限界がある。それに較べて、金属材料を用いた場合は、薄くすることが可能なため、加工もしやすく、また、安価であるといった利点がある。ＳＵＳ３０４以外にもＮｉ、４２アロイ等、Ｎｉを含有する材料であれば、弱アルカリ性から中性の性質を持つインクに対して耐腐食性もあり、高剛性の液室を形成することができ、低コストで長尺化を図ることができる。しかも、矩形の材料から切り出すことができるので、破棄する材料を減らすことができて、環境負荷を抑制改善することができる。
【００２９】
また、第２部材１Ｂとしては３２μｍ厚さの感光性ドライフィルムレジストＯＲＤＹＬ−ＰＲ（東京応化工業製、商品名）を用いて、６０μｍ幅の貫通溝を２４０μｍの長さで形成して、インク供給路７を形成している。ドライフィルムレジストは約１×１０６Ｐａの弾性率（ヤング率）を有している。第２部材１Ｂは複数の供給路７間でのバラツキが大きいと、ノズル４から吐出される液滴の吐出特性のバラツキとして影響を与えるようになる。したがって、製造バラツキが少なく、高解像度でパターン形成できる材料が好ましい。製造バラツキが少なく、高解像度でパターン形成できる材料にはシリコンがあるが、上述したように、シリコンウエハから切り出して使用することから、大きさの制約があり長尺化には限界がある。それに較べて、樹脂材料を用いた場合は、薄くすることが可能なため、加工もしやすく、安価であり、基板サイズの制約が無くなり長尺化にも対応することができる。
【００３０】
また、ＯＲＤＹＬ−ＰＲ（東京応化工業製）のような感光性樹脂材料は材料に露光現像することで、パターンが形成されるので、樹脂材料の中でもポリイミドフィルム等のエッチングマスクをもって加工する材料と較べてパターン形成で転写回数を減らすことができるため、加工精度が上がると共に、加工工程の削減に繋がり、低コスト化が図れる。さらには、ＯＲＤＹＬ−ＰＲ（東京応化工業製）のようなドライフィルムレジストは、第１部材１Ａにエッチングで溝を加工して液室６を形成した後でも、供給路７を膜厚制御良く形成できるので、プロセス自由度が上がり、加工精度の高い供給路を形成することができる。
【００３１】
さらに、第１部材１Ａの弾性率が第２部材１Ｂの弾性率と比較して低い場合、加圧液室６内のインクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子１２から伝わる振動が第１部材１Ａと較べて高い弾性率の第２部材１Ｂで吸収されず、隣接するノズル４へのクロストークが発生し液体吐出が不安定になったり、非駆動時に液滴が吐出してしまうことになるが、第１部材１Ａの弾性率が第２部材１Ｂの弾性率と比較して高いので、第２部材１Ｂは振動吸収部材として働き、隣接するノズル４とのクロストークが抑制でき、液体吐出が安定する。
【００３２】
なお、樹脂材料としてのドライフィルムレジストとしては、上述したＯＲＤＹＬ−ＰＲ（東京応化工業製）に限定されるものではなく、インク等使用される液体に対して耐腐食性があるＲａｙｔｅｃ ＦＲ−５０００(日立化成工業製、商品名）等種々の材料から選択することができる。
【００３３】
振動板２は、ニッケルの金属プレートから形成したもので、例えばエレクトロフォーミング法（電鋳法）で作製しているが、この他の金属板や樹脂板或いは金属と樹脂板との接合部材などを用いることもできる。
【００３４】
この振動板２は加圧液室６に対応する部分に変形を容易にするための厚みが２〜１０μｍの薄肉部（ダイアフラム部）２１及び圧電素子１２と接合するための厚肉部（島状凸部）２２を形成するとともに、支柱部１４に対応する部分及びフレーム部材１６との接合部にも厚肉部２３を形成し、平坦面側を第１部材１Ａに接着剤接合し、島状凸部２２を圧電素子１２に接着剤接合し、更に厚肉部２３を支柱部１４及びフレーム部材１６に接着剤１７で接合している。なお、ここでは、振動板２を２層構造のニッケル電鋳で形成している。この場合、ダイアフラム部２１の厚みは３μｍとしている。
【００３５】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路形成部材１の第２部材１Ｂに接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。ここでは、電鋳工法によるＮｉメッキ膜等で形成している。また、ノズル４の内部形状（内側形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状でもよい。）に形成し、このノズル４の穴径はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍとしている。さらに、各列のノズルピッチは１５０ｄｐｉとし、２列配置により３００ｄｐｉとしている。
【００３６】
また、ノズル板３のノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、図示しない撥水性の表面処理を施した撥水処理層を設けている。撥水処理層としては、例えば、ＰＴＦＥ−Ｎｉ共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性のあるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コートしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高品位の画像品質を得られるようにしている。
【００３７】
圧電素子１２は、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電層３１と、厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（ＡｇＰｄ）からなる内部電極層３２ａ，３２ｂとを交互に積層したものであり、内部電極３２ａ、３２ｂを交互に端面の端面電極（外部電極）である個別電極３３、共通電極３４に電気的に接続したものである。この圧電常数がｄ３３である圧電素子１２の伸縮により加圧液室６を収縮、膨張させるようになっている。圧電素子１２に駆動信号が印加され充電が行われると伸長し、また圧電素子１２に充電された電荷が放電すると反対方向に収縮するようになっている。
【００３８】
なお、圧電素子部材の一端面の端面電極はハーフカットによるダイシング加工で分割されて個別電極３３となり、他端面の端面電極は切り欠き等の加工による制限で分割されずにすべての圧電素子１２で導通した共通電極３４となる。
【００３９】
そして、圧電素子１２の個別電極３３には駆動信号を与えるために半田接合又はＡＣＦ（異方導電性膜）接合若しくはワイヤボンディングでＦＰＣケーブル３５を接続し、このＦＰＣケーブル３５には各圧電素子１２に選択的に駆動波形を印加するための駆動回路（ドライバＩＣ）を接続している。また、共通電極３４は、圧電素子の端部に電極層を設けて回し込んでＦＰＣケーブル３５のグラウンド（ＧＮＤ）電極に接続している。
【００４０】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、例えば、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによって、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板２を介して加圧液室６内のインクが加圧されて圧力が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。
【００４１】
その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧液室６内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性と駆動パルスの放電過程によって加圧液室６内に負圧が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、図示しないインクタンクから供給されたインクは共通液室８に流入し、共通液室８からインク供給口９を経てインク供給路７を通り、加圧液室６内に充填される。
【００４２】
なお、インク供給路（流体抵抗部）７は、吐出後の残留圧力振動の減衰に効果がある反面、表面張力による最充填（リフィル）に対して抵抗になる。このインク供給路７の流体抵抗値を適宜に選択することで、残留圧力の減衰とリフィル時間のバランスが取れ、次のインク滴吐出動作に移行するまでの時間（駆動周期）を短くできる。
【００４３】
次に、この液体吐出ヘッドで使用する記録液（液体）であるインクについて説明する。
本発明にかかる液体吐出ヘッドで使用するインク液は次の構成(１)〜(１０)よりなる印字用インクであるがこれに限るものではない。
(１)  顔料  ６ｗｔ％以上
(２)  湿潤剤１
(３)  湿潤剤２
(４)  水溶性有機溶剤
(５)  アニオンまたはノニオン系界面活性剤
(６)  炭素数8以上のポリオールまたはグリコールエーテル
(７)  エマルジョン
(８)  防腐剤
(９)  ｐＨ調製剤
(１０)  純水
【００４４】
すなわち印字するための着色剤として顔料を使用し、それを分解、分散させるための溶剤とを必須成分とし、さらに添加剤として湿潤剤、界面活性剤、エマルジョン、防腐剤、pH調製剤とを含んでいる。このようなインクを使用することによって特に普通紙上に印字した場合でも良好な色調（十分な発色性、色再現性を有する）、高い画像濃度、文字を含む画像にフェザリング現象やカラーブリード現象のない鮮明な画像、両面印刷にも耐えうるインク裏抜け現象の少ない画像、高速印刷に適したインク乾燥性、耐光性、耐水性などを有した画像などこれらの画像特性に対して十分に満足できる高画質画像を形成することができるようになる。
【００４５】
また、インク粘度は顔料の成分量を変えることなく水溶性有機溶剤,界面活性剤,純水などをもって調合調整されることが望ましい。顔料成分量を変えてしまうとインク濃度が変化してしまい、画質が変化してしまう。但し、カラーインクの粘度は一定で、ブラックインクの粘度を変える場合においてはその限りにはなく、顔料の成分量を変えて粘度調整をしても画質に及ぼす影響は少なく、実用上問題無い。
【００４６】
なお記録液の製造方法としては上記に限るものではなく以下のような種々の材料を添加することも可能である。
【００４７】
記録液の乾燥防止、化合物の溶解安定性、分散性を向上させるため等の目的から下記水溶性有機溶媒を使用することができる。エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、１，５−ヘキサンジオール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物、ホルミアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトンである。これらの溶媒は水と共に単独もしくは複数混合して用いられる。
【００４８】
これらの中で特に好ましいものは、ジエチレングリコール、チオジエタノール、ポリエチレングリコール２００〜６００、トリエチレングリコール、グリセロール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，４−ブタントリオール、ペトリオール、１，５−ペンタンジオール、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチルピロリドン、２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノンであり、これらを用いることにより水分蒸発による噴射特性不良の防止と高い溶解性、分散性に対して優れた効果が得られる。
【００４９】
顔料としては、具体的には以下のものが挙げられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いても良いし、あるいは染料等の他の色素と混合して用いても良い。有機顔料としてアゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、インジコ系、チオインジコ系、ペリレン系、イソインドレノン系、アニリンブラック、アゾメチン系、ローダミンＢレーキ顔料、カーボンブラック等が挙げられる。
【００５０】
無機顔料として酸化鉄、酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、紺青、カドミウムレッド、クロムイエロー、金属粉が挙げられる。
【００５１】
次に、液体吐出ヘッドの製造方法について図５を参照して説明する。なお、図５は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成部材１の一つである第１部材１Ａを形成する４２アロイ基材４１を使用する。４２アロイ基材は４２％Ｎｉ含有のＮｉ-Ｆｅ合金材料で、ＳＵＳ３０４と較べて加工が容易に行なえる。流路形成部材の第１部材１Ａは、前述のとおり、４２アロイ基材以外でも良いが、Ｎｉを少なくとも含む材料を選ぶことで、弱アルカリ性から中性の性質を持つインクに対して耐腐食性があり、高剛性の液室を形成でき、シリコンと較べても低コストで長尺化を図れることから好ましい材料である。
【００５２】
そして、図５（ｂ）に示すように、レジストマスクにて４２アロイ基材４１を塩化第二鉄液にてハーフエッチングし、液室６となる溝１Ａａを形成する。エッチング後、レジストマスクを剥離液にて除去する。
【００５３】
次に、図５（ｃ）に示すように、ハーフエッチングした面をレジストなどで覆い保護し、反対の面を塩化第二鉄液にて、図５（ｂ）でハーフエッチングした溝と貫通するまでエッチングして貫通穴１Ａｂ〜１Ａｄを形成する。エッチング後、保護膜として使用したレジストとパターン形成で使用したレジストマスクとを剥離液にて除去する。これによって、流路形成部材１を構成する第１部材１Ａが完成する。ハーフエッチングされている溝１Ａａが加圧液室６となる。
【００５４】
そして、図５（ｄ）に示すように、流路形成部材１を構成する第２部材１Ｂを形成する感光性ドライフィルムレジスト（Ｒａｙｔｅｃ ＦＲ−５０００、日立化成工業製）４２を、第１部材１Ａの加圧液室６となる面と反対の面へラミネートする。感光性ドライフィルムレジスト４２は３８μｍ厚さのものを使用した。
【００５５】
次いで、図５（ｅ）に示すように、感光性ドライフィルムレジスト４２をマスク露光し、幅５０μｍ、長さ２４０μｍの液体供給路となる流体抵抗部（供給路）７となる溝１Ｂａを形成する。流体抵抗部７は、複数の流体抵抗間でのバラツキが大きいと、ノズル４（図５（ｆ）参照）から吐出される液滴の吐出特性バラツキとして影響してくる。したがって、製造バラツキが少なく、高解像度でパターン形成できる材料が好ましい。製造バラツキが少なく、高解像度でパターン形成できる材料に、シリコンがあるが、シリコンはシリコンウエハから切り出して使用することから、大きさに制約があり、長尺化には限界がある。例えば６インチシリコンウエハでは厚さ６２５μｍが標準である。シリコンに較べて樹脂材料を用いた場合は、大きさに依らず薄くすることが可能なため、加工もしやすく、安価であり、基板サイズの制約が無くなり、長尺化にも対応できる。樹脂材料としては、感光材を含まない材料としてはポリイミドフィルム等があり、感光材を含む材料としては液状材料で感光性ポリイミド、フォトレジスト等、シート状材料でＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）等がある。
【００５６】
ポリイミドフィルムのように感光材を含まない材料はメタルマスクなどのハードマスクをもってエッチ加工するか、感光材を含有する材料をマスクにしてエッチング加工することになるので、マスクとのパターンシフトが大きく、加工精度が低くなるといった不利な点がある。また、これに較べて、感光材を含む感光性樹脂材料はフォトマスクと直接密着させて露光し、現像でパターンを形成することが可能であるため、加工精度が向上する。ただし、感光性樹脂材料の中でも、液状材料の感光性ポリイミドやフォトレジスト等は下地基板が平坦であれば均一な膜厚で形成できるが、図５（ａ）〜（ｃ）で貫通溝１Ａｂ〜１Ａｄを加工した第１部材１Ａ上へ塗布すると、基板上パターンのエッジ付近で膜厚が薄くなるため、面内で膜厚が不均一となり、吐出特性に影響する。
【００５７】
なお、ここでは、ＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）としてＲａｙｔｅｃ ＦＲ−５０００（日立化成工業製）を採用したが、本材料に限定されるものではなく、前述した容易、ＯＲＤＹＬ−ＰＲ（東京応化工業製）等種々のＤＦＲ（ドライフィルムレジスト）材料を選択することが可能である。
【００５８】
次に、図５（ｆ）に示すように、予め樹脂フィルムにレーザー加工してノズル４を形成し、表面に撥水膜を形成したノズル板３を接着剤で流路形成部材１の第２部材１Ｂ上に接着する。この場合、第２部材１Ｂと接着するノズル板３の面には撥水膜を形成しない。撥水膜が形成されていると、接着性が落ちるため、所望の密着強度が得られなくなる。
【００５９】
以上のように、ノズル板３と流路形成部材１を構成する感光性ドライフィルムレジスト（Ｒａｙｔｅｃ ＦＲ−５０００、日立化成工業製）４２とによって、流体抵抗部７が構成される。
【００６０】
次に、図５（ｇ）に示すように、予めニッケルの電鋳で作製した振動板２を流路形成部材１を構成する第１部材１Ａに接着加工する。
【００６１】
以上のように、振動板２と流路形成部材１を構成する第１部材１Ｂである４２アロイ基材４１とによって液室６などが構成される。
【００６２】
この後、インクを加圧するための駆動手段（アクチュエータ手段）である電気機械変換素子としての積層型圧電素子を振動板２に接合し、この圧電素子をベース基板に接合して固定しているが、ここでは説明を省略する。
【００６３】
次に、本発明に係る記録液カートリッジについて図６を参照して説明する。
この記録液カートリッジ８０は、ノズル８１等を有する本発明に係る液体吐出ヘッド８２と、この液体吐出ヘッド８２に対して液体（記録液）を供給する液体タンク８３とを一体化したものである。
【００６４】
このように液体タンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの性能はただちに記録液カートリッジ全体の性能につながるので、前記の流路形成部材を有する液体吐出ヘッドを使用することにより、低コストで高画質、高速記録に対応できる記録液カートリッジを得ることができる。
【００６５】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた本発明に係る画像形成装置の一例について７及び図８を参照して説明する。なお、図７は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図８は同装置の要部平面説明図である。
【００６６】
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して図８で矢示方向（主走査方向）に移動走査する。
【００６７】
このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
【００６８】
記録ヘッド１０７を構成する本発明に係る液体吐出ヘッドとしては、加圧液室内のインクを加圧する圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いてインク流路の壁面を形成する振動板を変形させてインク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のもの、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて記録液の膜沸騰を利用するいわゆるサーマル型のもの、インク流路の壁面を形成する振動板と電極とを対向配置し、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、インク流路内容積を変化させてインク滴を吐出させる静電型のもの、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータなどを使用できる。
【００６９】
キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
【００７０】
一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。
【００７１】
そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。
【００７２】
ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、図８のベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。
【００７３】
また、図８に示すように、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。
【００７４】
帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００７５】
また、キャリッジ１０３の前方側には、図７に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。
【００７６】
さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。
【００７７】
また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。
【００７８】
さらに、図８に示すように、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。
【００７９】
この維持回復機１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。
【００８０】
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８１】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。
【００８２】
そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。
【００８３】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する
【００８４】
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。
【００８５】
このように、この画像形成装置は本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質、高速記録を行なうことができる。
【００８６】
次に、本発明に係る画像形成装置の他の例について図９を参照して説明する。
この画像形成装置はフルライン型ヘッドを備えたものであり、簡単に説明すると、装置本体４０１の内部に画像形成部４０２及び用紙を搬送する本発明に係る静電搬送装置で構成される搬送機構４０３等を有し、装置本体４０１の一方側に多数枚の用紙４０５を積載可能な給紙トレイ４０４を備え、この給紙トレイ４０４から給紙される用紙４０５を取り込み、副走査搬送機構４０３によって用紙４０５を搬送しながら画像形成部４０２によって所要の画像を記録した後、装置本体４０１の他方側に装着された排紙トレイ４０６に用紙４０５を排紙する。
【００８７】
画像形成部４０２は、記録液を収容した記録液カートリッジと記録液の液滴を吐出するインクジェットヘッドとを一体とし、用紙の幅方向（搬送方向と直交する方向）の長さ相当分のノズル列を有する本発明に係る記録液カートリッジで構成したライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋを備えたものである。これらのライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋは図示しないヘッドホルダに取り付けている。
【００８８】
ライン型ヘッド４１０ｙ、４１０ｍ、４１０ｃ、４１０ｋは、用紙搬送方向上流側からそれぞれ例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に各色の液滴を吐出する。なお、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で配置した１つのヘッドを用いることもできるし、ヘッドと記録液カートリッジを別体としたものを用いることもできる。
【００８９】
給紙トレイ４０４の用紙４０５は、給紙コロ４２１によって１枚ずつ分離され装置本体４０１内に給紙され、用紙供給ローラ４２２によって搬送機構４０３に送り込まれる。
【００９０】
この搬送機構４０３は、駆動ローラ４２３と従動ローラ４２４との間に掛け渡した搬送ベルト４２５と、この搬送ベルト４２５を帯電させるための帯電ローラ４２６と、搬送ベルト４２５を画像形成部２に対向する部分で案内するガイド部材（プラテンプレート）４２７と、搬送ベルト４２５に付着した記録液（インク）を除去するためのクリーニング手段である多孔質体などからなる記録液拭き取り部材（ここでは、クリーニングローラ）４２８と、用紙４０５を除電するための導電ゴムを主体とした除電ローラ４２９と、用紙４０５を搬送ベルト４２５側へ押える用紙押さえローラ４３０とを備えている。
【００９１】
また、搬送機構４０３の下流側には画像が記録された用紙４０５を排紙トレイ４０６に送り出すための排紙ローラ４３１を備えている。
【００９２】
このように構成した画像形成装置においても、搬送ベルト４２５を帯電させて用紙４０５を送り込むことによって、静電力で用紙４０５が搬送ベルト４２５に吸着されて、搬送ベルト４２５の周回移動によって搬送され、画像形成部４０２によって画像が形成されて、排紙トレイ４０６に排紙される。
【００９３】
そして、本発明に係る液体吐出ヘッド又は記録液カートリッジを備えることによって、高画質画像を高速で記録することができる。
【００９４】
なお、上記各実施形態では本発明に係る画像形成装置としてプリンタ構成で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができる。また、インク以外の液体である記録液や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す分解斜視図である。
【図２】同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
【図３】同ヘッドの液室短手方向に沿う断面説明図である。
【図４】同ヘッドの要部平面説明図である。
【図５】同ヘッドの製造工程の説明に供する断面説明図である。
【図６】本発明に係る記録液カートリッジの一例を示す斜視説明図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図８】同じく要部平面説明図である。
【図９】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００９６】
１…流路形成部材
１Ａ…第１部材
１Ｂ…第２部材
２…振動板
３…ノズル板
４…ノズル
６…液室
７…液体供給路
８…共通液室
１２…圧電素子
１０３…キャリッジ
１０７…記録ヘッド
４０７…ライン型ヘッド
【図１】
2006218671.tif 000003
【図２】
2006218671.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006218671.tif 000008
【図７】
2006218671.tif 000009
【図８】
2006218671.tif 000010
【図９】
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